En praktisk anvendelse af Faradays lov om elektromagnetisk induktion
Ordet "induktion" på russisk betyder processerne af excitation, retning, skabelse af noget. I elektroteknik er dette udtryk blevet brugt i mere end to århundreder.
Efter at have læst publikationerne fra 1821, der beskriver den danske videnskabsmand Ørsteds eksperimenter med afbøjningen af en magnetisk nål nær en leder, der fører en elektrisk strøm, satte Michael Faraday sig selv opgaven: omdanne magnetisme til elektricitet.
Efter 10 års forskning formulerede han den grundlæggende lov om elektromagnetisk induktion og forklarede, at en elektromotorisk kraft induceres i enhver lukket sløjfe. Dens værdi bestemmes af ændringshastigheden af den magnetiske flux, der trænger ind i den betragtede sløjfe, men taget med et minustegn.
Transmission af elektromagnetiske bølger på afstand
Det første gæt, der kom til at tænke på videnskabsmanden, blev ikke kronet med praktisk succes.
Han placerede to lukkede ledninger side om side.I nærheden af den ene installerede jeg en magnetisk nål som en indikator for den passerende strøm, og i den anden ledning gav jeg en impuls fra en kraftig galvanisk kilde fra den tid: en volt-pol.
Forskeren antog, at med en strømimpuls i det første kredsløb, ville det skiftende magnetiske felt i det inducere en strøm i den anden ledning, som ville afbøje den magnetiske nål. Men resultatet viste sig at være negativt - indikatoren virker ikke. Han manglede snarere følsomhed.
Forskerens hjerne forudser skabelsen og transmissionen af elektromagnetiske bølger på afstand, som nu bruges i radioudsendelser, tv, trådløs kontrol, Wi-Fi-teknologier og lignende enheder. Han var simpelthen frustreret over den ufuldkomne elementbase af datidens måleapparater.
Elproduktion
Efter et dårligt eksperiment ændrede Michael Faraday betingelserne for eksperimentet.
Til eksperimentet brugte Faraday to lukkede spoler. I det første kredsløb tilførte han en elektrisk strøm fra en kilde, og i det andet observerede han udseendet af en EMF. Strømmen, der passerer gennem vindingerne af spole #1, skaber en magnetisk flux omkring spolen, trænger ind i spole #2 og danner en elektromotorisk kraft i den.
Under Faradays eksperiment:
- tænd en puls for at levere spænding til kredsløbet med stationære spoler;
- når strømmen blev påført, indførte den den øvre spole i den nedre spole;
- fast spole nr. 1 permanent og indført spole nr. 2 i den;
- ændret spolernes bevægelseshastighed i forhold til hinanden.
I alle disse tilfælde observerede han manifestationen af EMF-induktion i den anden spole. Og med kun jævnstrøm, der passerede gennem vikling nr. 1 og stationære spoler, var der ingen elektromotorisk kraft.
Forskeren fastslog, at EMF induceret i den anden spole afhænger af den hastighed, hvormed den magnetiske flux ændres. Den er proportional med dens størrelse.
Det samme mønster manifesteres fuldt ud, når man passerer en lukket sløjfe magnetiske feltlinjer i en permanent magnet. Under påvirkning af EMF genereres en elektrisk strøm i ledningen.
Den magnetiske flux i det betragtede tilfælde ændres i sløjfen Sk skabt af et lukket kredsløb.
Således gjorde udviklingen skabt af Faraday det muligt at placere en roterende ledende ramme i et magnetfelt.
Derefter blev den lavet af et stort antal omdrejninger fastgjort i roterende lejer. Ved enderne af spolen blev der installeret glideringe og børster, der glider på dem, og en belastning blev forbundet gennem husets terminaler. Resultatet er en moderne generator.
Dens enklere design skabes, når spolen er fastgjort på et stationært hus, og det magnetiske system begynder at rotere. I dette tilfælde skyldes metoden til at generere strømme elektromagnetisk induktion ikke krænkes på nogen måde.
Princippet om drift af elektriske motorer
Loven om elektromagnetisk induktion, som Michael Faraday var banebrydende for, giver mulighed for en række forskellige elektriske motordesigns. De har en lignende struktur som generatorer: en bevægelig rotor og stator, der interagerer med hinanden på grund af roterende elektromagnetiske felter.
Elektrisk strøm passerer kun gennem elektromotorens statorvikling. Det inducerer en magnetisk flux, som påvirker rotorens magnetfelt. Som et resultat opstår der kræfter, der roterer motorakslen. Se om dette emne - Princippet om drift og enheden af den elektriske motor
Elektricitetstransformation
Michael Faraday bestemte udseendet af en induceret elektromotorisk kraft og en induceret strøm i en nærliggende spole, når magnetfeltet i nabospolen ændrede sig.
Strømmen i den nærliggende spole induceres, når omskifterkredsløbet er tændt i spole 1 og er altid til stede under drift af generatoren til spole 3.
Driften af alle moderne transformatorenheder er baseret på denne egenskab, den såkaldte gensidige induktion.
Transformatorer på grund af gensidig induktion overfører energien fra et vekslende elektromagnetisk felt fra en spole til en anden, så der sker en ændring, en transformation af spændingsværdien ved dens indgangs- og udgangsterminaler.
Forholdet mellem antallet af omdrejninger i viklingerne bestemmer transformationskoefficienten og tykkelsen af ledningen, konstruktionen og volumen af kernematerialet - værdien af den transmitterede effekt, driftsstrømmen.
Drift af induktorer
Manifestationen af elektromagnetisk induktion observeres i spolen, når værdien af strømmen, der flyder i den, ændres. Denne proces kaldes selvinduktion.
Når kontakten er tændt i ovenstående diagram, ændrer den inducerede strøm karakteren af den lineære stigning i driftsstrømmen i kredsløbet såvel som under slukningen.
Når der ikke påføres en konstant, men en vekselspænding til tråden, der er viklet i spolen, så strømmer værdien af strømmen, reduceret med den induktive modstand, gennem den.Selvinduktionsenergi faseforskyder strømmen i forhold til den påførte spænding.
Dette fænomen bruges i drosler, der er designet til at reducere de store strømme, der opstår under visse driftsforhold. Især anvendes sådanne anordninger i kredsløbet til belysning af lysstofrør.
Funktionen ved designet af chokerens magnetiske kredsløb er udskæringen af pladerne, som er skabt for yderligere at øge den magnetiske modstand mod den magnetiske flux på grund af dannelsen af et luftgab.
Choker med delt og justerbar magnetisk kredsløbsposition bruges i mange radio- og elektriske enheder. Ganske ofte kan de findes i konstruktionen af svejsetransformatorer. De reducerer størrelsen af den elektriske lysbue, der føres gennem elektroden, til den optimale værdi.
Induktionsovne
Fænomenet elektromagnetisk induktion manifesteres ikke kun i ledninger og spoler, men også inde i eventuelle massive metalgenstande. De strømme, der induceres i dem, kaldes normalt hvirvelstrømme. Under driften af transformere og drosler forårsager de opvarmning af det magnetiske kredsløb og hele strukturen.
For at forhindre dette fænomen er kernerne lavet af tynde metalplader og isoleret med et lag lak, som forhindrer passage af inducerede strømme.
I varmestrukturer begrænser hvirvelstrømme ikke, men skaber de mest gunstige betingelser for deres passage. Induktionsovne anvendes i vid udstrækning i industriel produktion til at skabe høje temperaturer.
Elektrotekniske måleapparater
En stor klasse af induktionsanordninger fortsætter med at fungere i elektricitet.Elektriske målere med en roterende aluminiumskive svarende til konstruktionen af et strømrelæ, dæmpende skivesystemer, arbejder efter princippet om elektromagnetisk induktion.
Magnetiske gasgeneratorer
Hvis, i stedet for en lukket ramme, en ledende gas, væske eller plasma bevæger sig i feltet af en magnet, vil ladningerne af elektricitet under påvirkning af magnetiske feltlinjer begynde at afvige i strengt definerede retninger og danne en elektrisk strøm. Dets magnetfelt på de monterede elektrodekontaktplader inducerer en elektromotorisk kraft. Under dens handling genereres en elektrisk strøm i det tilsluttede kredsløb til MHD-generatoren.
Således manifesterer loven om elektromagnetisk induktion sig i MHD-generatorer.
Der er ingen komplicerede roterende dele som rotoren. Dette forenkler designet, giver dig mulighed for betydeligt at øge temperaturen i arbejdsmiljøet og samtidig effektiviteten af elproduktion. MHD-generatorer fungerer som backup- eller nødkilder, der er i stand til at generere betydelige strømme af elektricitet i korte perioder.
Således er loven om elektromagnetisk induktion, underbygget på et tidspunkt af Michael Faraday, fortsat relevant i dag.